JP2001041725A

JP2001041725A - 形状検査装置

Info

Publication number: JP2001041725A
Application number: JP11213445A
Authority: JP
Inventors: Nobukatsu Machii; 暢且町井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】被検物の形状のずれが設計上の公差の範囲内か
どうかをディスプレイ上で簡単に判定することができる
形状検査装置を提供する。【解決手段】ディスプレイ上に表示された被検物のビデ
オ画像に対して、設計図面上の被検物の設計線、その許
容誤差を示す上限公差線及び下限公差線が同じ倍率で重
ねて表示される形状検査装置が提供される。従って、被
検物の形状が公差内に収まっているかどうかの検査を容
易に且つ素早く行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形品、金型、加
工品などの被検物の形状が寸法どおりか否かを検査する
ための形状検査装置に係り、特に、被検物の形状が設計
上の公差内か否かを検査するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被検物の形状を検査する形状検査
装置として、投影機や目視検査装置が知られている。投
影機を使用する場合、被検物の像が投影機のスクリーン
上に定められた倍率で投影される。また、被検物の設計
図面をスクリーンへの投影倍率と同じ大きさで薄い紙に
プロット作図したもの（チャートと呼ばれる）があらか
じめ用意される。そして、オペレータが、スクリーン上
にチャートを重ねて、被検物が設計図面通りに出来上が
っているかどうかを目視で判定する。

【０００３】また、目視検査装置は、ワークステーショ
ンのようなコンピュータシステムで構成される。そし
て、ＣＣＤのような撮像手段によって撮像された被検物
の画像（ビデオ画像）がディスプレイ上にキャプチャ表
示される。また、目視検査装置は、被検物の設計図面を
図形データとして読み込み、それに基づいた被検物の画
像（グラフィック画像）を、ＣＣＤによって撮像された
実際の被検物のキャプチャ画像に重ねて描画する。オペ
レータは、ディスプレイ上で被検物の形状を設計図面と
比較して検査することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記投
影機において、被検物を複数の部分に分割し、その一部
分を拡大してスクリーンに投影する場合、投影された部
分毎に上記チャートを作成する必要がある。即ち、検査
部分を移動させるたびに、スクリーンに貼り付けるチャ
ートを変えなければならず、手間がかかる。

【０００５】また、上記目視検査装置において、ディス
プレイ上に表示される被検物の設計図面に対応するグラ
フィック画像は図形線のみである。即ち、寸法や公差な
どの数値は表示されない。また、被検物のビデオ画像の
実倍率は正確に判定できない。そのため、被検物の形状
が設計図面に対してずれを有する場合に、そのずれの大
きさが、設計上の公差に対して許容できる範囲であるか
否かを判断することができない。

【０００６】従って、本発明の目的は、被検物の画像と
その設計図面とを重ねて被検物の検査を行う形状検査装
置において、被検物の形状のずれが設計上の公差の範囲
内かどうかをディスプレイ上で簡単に判定することがで
きる形状検査装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ディスプレイ上に表示された被検物の
ビデオ画像に対して、設計図面上の被検物の設計線、そ
の許容誤差を示す上限公差線及び下限公差線が同じ倍率
で重ねて表示される形状検査装置が提供される。従っ
て、被検物の形状が公差内に収まっているかどうかの検
査を容易に且つ素早く行うことができる。

【０００８】また、上記目的を達成するための本発明の
形状検査装置は、被検物の形状を検査するための形状検
査装置において、被検物を撮像する撮像部と、その撮像
された被検物の画像を表示する画面を有する表示部と、
被検物の設計上の形状を表す設計線又はその設計線に対
応する公差を表す公差線を、撮像された被検物の画像の
表示サイズと同じサイズで上記画面に表示する表示制御
部とを備えることを特徴とする。

【０００９】これにより、オペレータは、同じ画面内
で、被検物が設計通りかどうかを容易に且つ素早く検査
することができる。

【００１０】より具体的には、本発明の形状検査装置
は、例えば、設計線の形状に関するデータを有する第一
のテーブルと、画面における一画素の横方向及び縦方向
それぞれの実長さのデータを有する第二のテーブルとを
備え、表示制御部は、前記設計線の形状に関するデータ
と前記実長さのデータとに基づいて、設計線の前記画面
上での表示サイズを求め、前記設計線を画面上の所定位
置に表示する。

【００１１】さらに、形状検査装置は、例えば、設計線
に対応する公差を設定する公差設定部を備え、表示制御
部は、設定された公差と設計線の表示位置と実長さのデ
ータとに基づいて、設計線に対応する公差線の画面上で
の表示位置を求める。

【００１２】そして、好ましくは、表示制御部は、設計
線と撮像された被検物の画像とが重なるように、設計線
の前記画面上での表示位置を決定する。これにより、オ
ペレータは、画面上で、被検物の画像に重なるように、
設計線の表示位置を操作する手間がなくなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲が、本
実施の形態に限定されるものではない。

【００１４】図１は、本発明の実施の形態における形状
検査装置の構成例を示す図である。図１において、形状
検査装置は、顕微鏡１０とコンピュータ装置２０とを有
する。顕微鏡１０は、被検物１２が載置されるステージ
１１と、光学系１３を通して被検物１２を撮像するＣＣ
Ｄカメラ１４とを備える。ステージ１１は、被検物１２
の所望の位置を撮像するためにＸＹ方向に移動可能であ
る。また、光学系１３は、被検物１２を所定倍率に拡大
（１倍及び縮小も含む）する。

【００１５】コンピュータ装置２０は、ＣＰＵ、メモ
リ、データ格納装置であるハードディスクなどを内蔵す
るコンピュータ本体２１と、表示装置であるディスプレ
イ２２と、キーボード２３やマウス２４などの入力装置
とを備える。ハードディスクには、ＣＡＤで作成された
被検物の設計図面データがファイルとして格納される。
そして、コンピュータ装置２０は、ＣＣＤカメラ１４か
らケーブル線１５を通じて（無線でもよい）送られるビ
デオ画像をディスプレイ２２上にキャプチャ表示させる
機能を有する。また、コンピュータ装置２０は、ハード
ディスクに格納された図面データに基づいたグラフィッ
ク画像を表示する機能を有する。さらに、コンピュータ
装置２０は、ディスプレイ２２上に、上記ビデオ画像と
上記グラフィック画像の両方を表示する機能を有する。

【００１６】図２は、ビデオ画像とグラフィック画像の
両方が表示されているディスプレイ２２の画面を示す図
である。図２において、ディスプレイ２２は、ビデオ画
像を表示するビデオ画面２２１と、グラフィック画像を
表示するグラフィック画面２２２とを有する。ビデオ画
面２２１には、ビデオ画像１に加えて、本発明に特徴的
な被検物の設計線２及びそれに対応する上限公差線３及
び下限公差線４が表示される。ビデオ画面上の設計線２
は、設計図上の被検物の形状を表す線であって、後述す
るように、その寸法はビデオ画像の倍率（光学系１３の
倍率）と同倍率に調整される。また、上限公差線３及び
下限公差線４は、設計線２に対して許容される誤差（公
差）を示す線であって、設計線２と同様に、その寸法は
ビデオ画像の倍率と同率に調整される。

【００１７】図３は、上限公差線及び下限公差線を示す
図である。図３（ａ）には、設計線２が円である場合の
上限公差線３と下限公差線４の例が示され、図３（ｂ）
には、設計線２が直線である場合の上限公差線３及び下
限公差線４の例が示され、図３（ｃ）には、設計線２が
円弧である場合の上限公差線３及び下限公差線４の例が
示される。図３に示されるように、上限公差線３は、設
計線２の寸法に対してプラス方向に許容される誤差の限
界を示す線であって、下限公差線４は、設計線の寸法に
対してマイナス方向に許容される誤差の限界を示す線で
ある。

【００１８】図２に戻って、グラフィック画面２２２に
は、グラフィック画像６、即ち被検物全体の設計線が表
示される。そして、領域５は、被検物の一部分がビデオ
画面に表示されている場合に、ビデオ画面２２１に表示
されている被検物の部分を示す領域である。従って、領
域５内のグラフィック画像６がビデオ画面上の設計線２
に対応する。

【００１９】図４は、本発明の形状検査装置の機能ブロ
ック図である。以下に説明する機能は、コンピュータ装
置２０に格納される所定のプログラムをＣＰＵが実行す
ることにより実現される。図４において、ビデオ画像表
示制御部１０１が、顕微鏡１０のＣＣＤカメラ１４から
のビデオ画像をディスプレイ２２のビデオ画面２２１に
表示する。一方、図面データ読込部１０２は、ハードデ
ィスクに格納された被検物の設計図面データファイルを
読み出す。設計図面データファイルは、被検物の設計線
６を構成する直線、円、円弧などの単位図形線ごとの図
形値データを有する。具体的に、直線の図形値データ
は、グラフィック画面における座標系における始点と終
点の座標であり、円の図形値データは、上記座標系にお
ける中心座標と半径であり、円弧の図形値データは、上
記座標系における中心座標、半径、さらに、開始角及び
終了角である。そして、グラフィック画像表示制御部１
０３が、設計図面データファイルの図形値データに基づ
いて、被検物全体のグラフィック画像（設計線６）をグ
ラフィック画面２２２に表示する。また、顕微鏡１０に
おけるステージ１１のＸＹ方向の位置を検出する位置検
出手段（例えば、リニアエンコーダ（図示せず））から
の位置情報も、グラフィック画像表示制御部１０３に入
力される。そして、グラフィック画像表示制御部１０３
は、位置検出手段からの位置情報に基づいて、ＣＣＤカ
メラ１４が撮像している領域を図２の領域５として、グ
ラフィック画面２２２上に表示する。

【００２０】図面データ読込部１０２は、設計図面デー
タファイルの図形値データをメモリ上の図面データテー
ブル１０４に設定する。さらに、グラフィック画像表示
制御部１０３は、グラフィック画面２２２に設定された
座標系における上記領域５の座標情報を図面データテー
ブル１０４に設定する。また、公差設定部１０５は、領
域５内の設計線２に対応する公差（上限公差及び下限公
差）の数値を図面データテーブル１０４に設定する。具
体的には、オペレータが領域５内の設計線２を構成する
各単位図形線をマウス２４などで選択し、その公差の数
値を、キーボード２３などから入力する。

【００２１】画素補正情報テーブル１０６は、ビデオ画
面の横方向及び縦方向の一画素あたりの実長さのデータ
を有するテーブルである。画面の一画素の実長さは、例
えば以下の方法によりあらかじめ求められ、画素補正情
報テーブル１０６に設定される。即ち、各辺の寸法が既
知である長方形のような基準形状を所定倍率（例えば１
倍）の光学系１３を通じてＣＣＤカメラ１４で撮像し、
ビデオ画面に表示する。このとき、基準形状は、ステー
ジ１１上でＸＹ方向に合わせて載置されることにより、
基準形状の各辺はビデオ画面の横方向及び縦方向に対応
する。基準形状の各辺の長さは既知であるので、横方向
の辺及び縦方向の辺を表示している画素数で各辺の長さ
を除算することにより、横方向及び縦方向の一画素あた
りの実長さを求めることができる。

【００２２】設計線表示制御部１０７は、画素補正情報
テーブル１０６に設定された一画素あたりの実長さデー
タと、図面データテーブル１０４上の図形値データとに
基づいて、設計線２の表示サイズと被検物のビデオ画像
１の表示サイズとが一致するように設計線２を表示す
る。より好ましくは、設計線２とビデオ画像１とが重な
るように、設計線２の表示位置を決定する。さらに、公
差線表示制御部１０８は、画素補正情報テーブル１０６
に設定された一画素あたりの実長さデータと、図面デー
タテーブル１０４上の公差の数値データ（以下、公差デ
ータという）と、上記設計線２の表示位置とに基づい
て、上限公差線３及び下限公差線４を表示する。

【００２３】設計線表示制御部１０７及び公差線表示制
御部１０８での処理についてさらに詳しく説明する。図
５は設計線表示制御部１０７での処理フローチャートで
あり、図６は公差線表示制御部１０８の処理フローチャ
ートである。まず、図５に従って設計線表示制御部１０
７の処理について説明する。ステップＳ１で、図面デー
タテーブル１０４から、ビデオ表示領域、即ちグラフィ
ック画面２２２表示領域５の座標情報を取得する。続い
て、ステップＳ２において、図面データテーブル１０４
から、図形値データを先頭から順次取得する。ステップ
Ｓ３において、全ての図形値データを取得した場合は、
処理を終了する（ステップＳ９）。ステップＳ３におい
て、新たな図形値データを取得した場合、ステップＳ４
において、その図形種類（直線、円、円弧など）を判定
する。そして、ステップＳ５において、判定された図形
種類に応じて、その図形値データに対応する単位図形線
のビデオ画面２２１上での表示位置を図形値データと一
画素の実長さを使って計算する。

【００２４】図７は、一例として、単位図形線が直線の
場合におけるその直線のビデオ画面上の位置を求める方
法を説明する図である。図７（ａ）は、グラフィック画
面２２２に与えられるＸＹ座標系であり、図７（ｂ）
は、ビデオ画面２２１に与えられるｘｙ座標系である。
図７（ａ）において、ＸＹ座標系におけるビデオ画面表
示領域５の原点Ｑの座標をＱ（Ｘ_Q、Ｙ_Q）とする。ま
た、ＸＹ座標系上の直線Ｌの始点Ｐ₁の座標をＰ
₁（Ｘ₁、Ｙ₁）、終点Ｐ２の座標をＰ₂（Ｘ₂、Ｙ₂）とす
る。この直線Ｌの座標を、ＸＹ座標系からｘｙ座標系に
変換することにより、直線Ｌのビデオ画面２２１上での
位置が求められる。図７（ｂ）のｘｙ座標系における直
線Ｌの始点ｐ₁の座標をｐ₁（ｘ₁、ｙ₁）、終点ｐ₂の座
標をｐ₂（ｘ₂、ｙ₂）とすると、各座標は次の式により
求められる。即ち、ｘ₁＝(Ｘ₁−Ｘ_Q)×Δｘｙ₁＝(Ｙ₁−Ｙ_Q)×Δｙｘ₂＝(Ｘ₂−Ｘ_Q)×Δｘｙ₂＝(Ｙ₂−Ｙ_Q)×Δｙここで、Δｘ、Δｙは、上述したように、ビデオ画面２
２１上の一画素のそれぞれ横方向実長さ及び縦方向実長
さである。

【００２５】このようにして、単位図形線の表示サイズ
がビデオ画面２２１での表示サイズに変換されて、単位
図形線のビデオ画面２２１での表示位置が決定される。
なお、円や円弧についても上述と同様の手法により、そ
の表示位置を決定することができる。

【００２６】図５に戻って、上記ステップＳ５において
各単位図形線のビデオ画面２２１上の表示位置が求めら
れると、ステップＳ６において、その位置が画面内か否
か、即ち、ｘｙ座標系の所定範囲内か否かが判定され
る。画面内であれば、ステップＳ７において、その単位
図形線をビデオ画面２２１上のステップＳ５で求められ
た位置に描画し、ステップＳ８に進む。画面外であれ
ば、描画せずにステップＳ８に進む。ステップＳ８で
は、図面データテーブル１０４から次の図形値データを
取得し、ステップＳ３に戻る。上述の処理が繰り返され
ることにより、設計線２が描画される。なお、ビデオ画
面２２１に表示された設計線２は、被検物のビデオ画像
１とちょうど重なるように、所定の入力操作による指示
に従って移動及び回転させることができる。また、以下
に説明するビデオ画面２２１に表示される上限公差線３
及び下限公差線４は、設計線２とともに、所定の指示に
従って移動及び回転させることができる。

【００２７】次に、図６に従って公差線表示制御部１０
８の処理について説明する。ステップＳ１０では、図５
のステップＳ１同様に、図面データテーブル１０４か
ら、ビデオ表示領域、即ちグラフィック画面２２２にお
ける表示領域５の座標情報を取得する。続いて、ステッ
プＳ１１において、図面データテーブル１０４から、図
形値データとそれに対応して設定された公差データを先
頭から順次取得する。ステップＳ１２において、全ての
図形値データ及びそれに対応する公差データを取得した
場合は、処理を終了する（ステップＳ２１）。ステップ
Ｓ１２において、新たな図形値データ及びそれに対応す
る公差データを取得した場合、ステップＳ１３におい
て、その図形種類（直線、円、円弧など）を判定する。
そして、ステップＳ１４において、判定された図形種類
に応じて、その図形値データに対応する単位図形線の上
限公差線のビデオ画面２２１上での位置を計算する。

【００２８】具体的には、まず、各図形値データに対応
する単位図形線のビデオ画面２２１上の表示位置を設計
線表示制御部１０７から取得する。または、図５のステ
ップＳ５と同様に、各単位図形線の表示位置を計算によ
り求めてもよい。そして、単位図形線の直交方向に上限
公差の数値だけ、単位図形線をオフセットすることによ
って上限公差線の表示位置が求められる。

【００２９】一例として、単位図形線が直線の場合にお
けるその直線の上限公差線のビデオ画面２２１上での位
置を求める方法を図７（ｂ）を用いて説明する。図７
（ｂ）のｘｙ座標系において、直線Ｌをその直交方向に
おけるプラス方向（外側）に公差Δｓだけオフセットし
た上限公差線である直線（点線）Ｍを計算する。具体的
には、直線Ｌの傾きθと公差Δｓとを用いた簡単な幾何
計算から、直線Ｍの始点ｐ₁’と終点ｐ₂’の座標が求め
られる。例えば、始点ｐ₁’の座標は、ｐ₁’（ｘ ₁−Δ
ｓsinθ、ｙ₁＋Δｓcosθ）となり、終点ｐ₂’の座標
は、ｐ₂’（ｘ₂−Δｓsinθ、ｙ₂＋Δｓcosθ）とな
る。

【００３０】図６に戻って、このようにして各単位図形
線の上限公差線のビデオ画面２２１上の表示位置が求め
られると、ステップＳ１５において、その表示位置が画
面内か否か、即ち、ｘｙ座標系の所定範囲内か否かが判
定される。画面内であれば、ステップＳ１６において、
その上限公差線をビデオ画面２２１上のステップＳ１４
で求められた位置に描画する。画面外であれば、描画せ
ずにステップＳ１７に進む。

【００３１】続いて、ステップＳ１７では、図形の下限
公差線のビデオ画面２２１上での位置を計算する。計算
方法は、上記上限公差線の場合と同様である。即ち、直
線Ｌをその直交方向におけるマイナス方向（内側）に公
差Δｓだけオフセットすることによって下限公差線（例
えば、図７（ｂ）における直線（点線）Ｎ）の表示位置
が求められる。ステップＳ１７において下限公差線の表
示位置が求められると、ステップＳ１８において、その
位置が画面内か否か、即ち、ｘｙ座標系の所定範囲内か
否かが判定される。画面内であれば、ステップＳ１９に
おいて、その下限公差線４をビデオ画面２２１上のステ
ップＳ１７で求められた位置に描画する。画面外であれ
ば、描画せずにステップＳ２０に進む。ステップＳ２０
では、図面データテーブル１０４から次の図形値データ
及びそれに対応する公差データを取得し、ステップＳ１
２に戻り、上述の処理が繰り返される。

【００３２】なお、上述から明らかなように、上限公差
線３及び下限公差線４は、設計線２と同じ表示サイズ、
即ち、ビデオ画像１と同じ表示サイズで表示される。即
ち、ビデオ画面２２１には、ビデオ画像１、設計線２上
限公差線３及び下限公差線４全てが同じ表示サイズで表
示される。従って、ビデオ画像１と設計線２とを重ね合
わせて、ビデオ画像１と、設計線２、上限公差線３及び
下限公差線４とを比較することにより、被検物が設計通
りかどうかを判断することができる。

【００３３】図８は、被検物が公差内に収まる場合のビ
デオ画面２２１の例を示す図である。図８において、ビ
デオ画像１として表示される被検物は、設計線２と完全
に一致しないが、上限公差線３と下限公差線４内に収ま
って表示される。従って、オペレータは、被検物の表示
されている部分について、検査合格と判断する。

【００３４】一方、図９は、被検物が公差内に収まらな
い場合のビデオ画面２２１の例を示す図である。図９に
おいて、ビデオ画像１として表示される被検物は、上限
公差線３を超える部分を有する。従って、オペレータ
は、被検物の表示されている部分について、検査不合格
と判断する。

【００３５】なお、上述の実施の形態において、顕微鏡
１０のＣＣＤカメラ１４が被検物全体を撮影できる場合
は、ステージ１１を用いる必要はない。この場合、ビデ
オ画面２２１には、被検物全体が表示されるので、グラ
フィック画面２２２における表示領域５は表示されな
い。

【００３６】本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に
限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均
等物に及ぶものである。

【００３７】

【発明の効果】以上、本発明によれば、ディスプレイ上
に表示された被検物のビデオ画像に対して、設計図面上
の被検物の設計線、その許容誤差を示す上限公差線及び
下限公差線が同じ表示サイズで重ねて表示される形状検
査装置が提供される。従って、被検物の形状が公差内に
収まっているかどうかの検査を容易に且つ素早く行うこ
とができる。また、投影機を使用する場合に用いられる
チャートを作成する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における形状検査装置の構
成例を示す図である。

【図２】ビデオ画像とグラフィック画像の両方が表示さ
れているディスプレイ２２の画面を示す図である。

【図３】上限公差線及び下限公差線を示す図である。

【図４】本発明の形状検査装置の機能ブロック図であ
る。

【図５】設計線表示制御部１０７での処理フローチャー
トである。

【図６】公差線表示制御部１０８での処理フローチャー
トである。

【図７】図形種類が直線の場合における図形のビデオ画
面上の位置を求める方法を説明する図である。

【図８】被検物が公差内に収まる場合のビデオ画面２２
１の例を示す図である。

【図９】被検物が公差内に収まらない場合のビデオ画面
２２１の例を示す図である。

【符号の説明】

１ビデオ画像２設計線３上限公差線４下限公差線５ビデオ画面表示領域１０顕微鏡１２被検物１４ＣＣＤカメラ２０コンピュータ装置２１コンピュータ本体２２ディスプレイ１０４図面データテーブル１０５公差設定部１０６画素補正情報テーブル１０７設計線表示制御部１０８公差線表示制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検物の形状を検査するための形状検査装
置において、被検物を撮像する撮像部と、該撮像された被検物の画像を表示する画面を有する表示
部と、被検物の設計上の形状を表す設計線又は該設計線
に対応する公差を表す公差線を、前記撮像された被検物
の画像の表示サイズと同じサイズで前記画面に表示する
表示制御部とを備えることを特徴とする形状検査装置。
【請求項２】請求項１において、前記設計線の形状に関するデータを有する第一のテーブ
ルと、前記画面における一画素の横方向及び縦方向それぞれの
実長さのデータを有する第二のテーブルとを備え、前記表示制御部は、前記設計線の形状に関するデータと
前記実長さのデータとに基づいて、前記設計線の前記画
面上での表示サイズを求め、前記設計線を画面上の所定
位置に表示することを特徴とする形状検査装置。
【請求項３】請求項２において、前記設計線に対応する公差を設定する公差設定部を備
え、前記表示制御部は、前記設定された公差と前記設計線の
表示位置と前記実長さのデータとに基づいて、前記設計
線に対応する公差線の前記画面上での表示位置を求める
ことを特徴とする形状検査装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記表示制御部は、前記設計線と前記撮像された被検物
の画像とが重なるように、前記設計線の前記画面上での
表示位置を決定することを特徴とする形状検査装置。